发展第三代半导体，欧洲半导体行业协会主席、意法半导体总裁有话要说

电动 汽车 成为碳化硅技术创新重要平台

在未来十年， 汽车 产业将逐渐完成从内燃机向电动化的转变，新能源 汽车 市场将取得高速发展。这极大推动了SiC等市场的发展与技术创新。在谈到技术创新趋势时，Jean-Marc Chery表示，从最终应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延层和原材料等多个层面，第三代半导体都有着大量的创新发展空间。

“我们一方面在模块层面进行技术改进，电动 汽车 特别是与SiC相关的车用场景对改进逆变器、车载充电机和DC/DC变换器性能的要求十分强烈。另一方面，在制造工艺层面，我们量产的第三代SiC采用平面制造技术，已累计生产了成千数万片片晶圆，积累了大量的研制经验。我们的用户都能受益于这种可靠且高性能的第三代技术。同时我们也在开发第四代制造技术，并计划不断提高MOSFET的高应力和电气性能。”Jean-Marc Chery表示。

“原材料和外延层方面也是实现碳化硅技术发展的重要环节。意法半导体两年前收购了 Norstel公司，填补了6 英寸晶圆的制造技术。试验结果证明，我们的产品技术性能高于竞争对手。最近，我们还交付了首个8英寸碳化硅晶圆，并计划在8英寸碳化硅晶圆上率先制造测试二极管，进行MOSFET流片和测试。” Jean-Marc Chery说。

电动 汽车 的应用与发展已成为碳化硅等第三代半导体技术创新的重要平台。Jean-Marc Chery表示，从应用模块、芯片制造工艺，到晶圆外延和材料，ST将成为为数不多的供应链完全垂直整合的半导体公司之一。这种全垂直整合的发展模式对供应链的掌控与在市场中的竞争都是一个重要的优势。

特斯拉Model 3是第一个采用碳化硅功率器件的电动车车型，据悉采用的就是来自意法半导体的650V SiC MOSFET器件。相比Model s/x上采用的IGBT，SiC MOSFET能带来5% 8%的逆变器效率提升，对电动车的续航能力有着显著提升。

半导体技术朝多元化演进

第二部分是存储器，包括NAND闪存和DRAM内存。它们在存储容量和能耗方面也遵循上述原则，产品变得越来越节能，性能越来越好。

第三类是多元化半导体世界。在这个世界，并不追求极致的先进工艺，但却需要特色的工艺技术。首先是成熟的 0.5 微米到110 纳米的8英寸晶片制造技术，其次是成熟的19纳米到28纳米的12英寸晶片制程。我们将28 纳米视为晶体管栅极的创新技术，用于制造成熟的12英寸晶片。当然，这个多元化产品的半导体世界很快就会开始用16 纳米 FinFET技术设计制造嵌入式处理解决方案和电源管理解决方案，以满足 汽车 和某些特定工业应用需求。另外,还有一条技术路线是10/12纳米的FD-SOI技术。

“在这个多元化的世界里，技术节点分布的非常广泛，从0.5微米到110纳米的8英寸，再从19纳米到28纳米成熟的12英寸，然后再到FinFET双重图形和三重图形工艺。这就是我所看到的现状和趋势。”Jean-Marc Chery表示。

意法半导体将专注三大趋势：智能出行、电力和能源、物联网和5G。2020年以来，这三大趋势加速发展，并推动市场对半导体产品的需求。随着混合动力和插电式电动 汽车 及其支持基础设施的互联、数字服务和应用的普及，未来将会从传统 汽车 转向更智能的移动解决方案。意法半导体可以提供广泛的产品组合，如基于碳化硅技术的功率器件和用于电动 汽车 的电池管理解决方案，以及多核微控制器等。在电力和能源方面，随着人们越来越依赖互联网和云服务，数据中心容量不断扩大，进一步增加了对能源需求，需要大幅提高基础设施的运营效率，升级配电网络，布署智能电网。在物联网和5G方面，意法半导体希望支持智能、互联的物联网设备发展，为设备制造商提供产品和相关开发生态系统。

承诺2027年日常运营100%使用可再生能源

绿色发展越来越受到全球各国重视。在今年全国两会期间，碳达峰和碳中和被首次写入我国政府工作报告。意法半导体对绿色理念也十分重视，在采访中Jean-Marc Chery宣布，意法半导体将于2027年实现碳中和目标，承诺到2027年，日常运营中100%使用可再生能源。

“凭借我们的处理器解决方案、电力电子解决方案和模拟器件解决方案，意法半导体将成为减少排放和建设美好地球的重要推动者。” Jean-Marc Chery说。为了达到这个目标，意法半导体将升级改造Crolles和Agrate工厂的PFC处理设备，让这两处工厂的PFC 排放为零，同时优化电力和能源消耗。在制定严格的降低电力和能源消耗计划同时，意法半导体承诺100%使用可再生能源。意法半导体还尽力降低货物运输和员工出行产生的排放，尽量采用线上的方式开展业务，和客户交流。

Jean-Marc Chery强调，半导体技术有助于实现更低的功耗和更少温室气体包括二氧化碳的排放。半导体不会引起这些问题，而是解决这些问题。如果世界想要大幅节能减排，并增加设备数量和服务，满足 社会 需求，那么半导体行业是解决方案。

随着市场对半导体性能的要求不断提高，第三代半导体等新型化合物材料凭借其性能优势开始崭露头角，成为行业未来重要增长点。

相对于第一代（硅基）半导体，第三代半导体禁带宽度大，电导率高、热导率高。第三代半导体的禁带宽度是第一代和第二代半导体禁带宽度的近3倍，具有更强的耐高压、高功率能力。

氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)并称为第三代半导体材料的双雄，由于性能不同，二者的应用领域也不相同。

氮化镓、高电流密度等优势，可显著减少电力损耗和散热负载，迅速应用于变频器、稳压器、变压器、无线充电等领域，是未来最具增长潜质的化合物半导体。

与GaAs和InP等高频工艺相比，氮化镓器件输出的功率更大；与LDCMOS和SiC等功率工艺相比，氮化镓的频率特性更好。

随着行业大规模商用，GaN生产成本有望迅速下降，进一步刺激GaN器件渗透，有望成为消费电子领域下一个杀手级应用。

GaN主要应用于生产功率器件，目前氮化镓器件有三分之二应用于军工电子，如军事通讯、电子干扰、雷达等领域。

在民用领域，氮化镓主要被应用于通讯基站、功率器件等领域。氮化镓基站PA的功放效率较其他材料更高，因而能节省大量电能，且其可以几乎覆盖无线通讯的所有频段，功率密度大，能够减少基站体积和质量。

氮化镓在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。随着5G高频通信的商业化，GaN将在电信宏基站、真空管在雷达和航空电子应用中占有更多份额。

根据Yole估计，大多数Sub 6GHz的蜂窝网络都将采用氮化镓器件，因为LDMOS无法承受如此之高的频率，而砷化镓对于高功率应用又非理想之选。

同时，由于较高的频率会降低每个基站的覆盖范围，需要安装更多的晶体管，因此市场规模将迅速扩大。

Yole预测，GaN器件收入目前占整个市场20%左右，到2025年将占到50%以上，氮化镓功率器件规模有望达到4.5亿美元。

从产业链方面来看，氮化镓分为衬底、外延片和器件环节。

尽管碳化硅被更多地作为衬底材料（相较于氮化镓），国内仍有从事氮化镓单晶生长的企业，主要有苏州纳维、东莞中镓、上海镓特和芯元基等。

从事氮化镓外延片的国内厂商主要有三安光电、赛微电子、海陆重工、晶湛半导体、江苏能华、英诺赛科等。

从事氮化镓器件的厂商主要有三安光电、闻泰 科技 、赛微电子、聚灿光电、乾照光电等。

GaN技术的难点在于晶圆制备工艺，欧美日在此方面优势明显。由于将GaN晶体熔融所需气压极高，须采用外延技术生长GaN晶体来制备晶圆。

其中日本住友电工是全球最大GaN晶圆生产商，占据了90%以上的市场份额。GaN全球产能集中于IDM厂商，逐渐向垂直分工合作模式转变。美国Qorvo、日本住友电工、中国苏州能讯等均以IDM模式运营。

近年来随着产品和市场的多样化，开始呈现设计业与制造业分工的合作模式。

尤其在GaN电力电子器件市场，由于中国台湾地区的台积电公司和世界先进公司开放了代工产能，美国Transphorm、EPC、Navitas、加拿大GaN Systems等设计企业开始涌现。

在射频器件领域，目前LDMOS（横向扩散金属氧化物半导体）、GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）三者占比相差不大，但据Yoledevelopment预测，至2025年，砷化镓市场份额基本维持不变的情况下，氮化镓有望替代大部分LDMOS份额，占据射频器件市场约50%的份额。

GaAs芯片已广泛应用于手机/WiFi等消费品电子领域，GaN PA具有最高功率、增益和效率，但成本相对较高、工艺成熟度略低，目前在近距离信号传输和军工电子方面应用较多。

经过多年的发展，国内拥有昂瑞微、华为海思、紫光展锐、卓胜微、唯捷创芯等20多家射频有源器件供应商。

根据2019年底昂瑞微董事长发表的题为《全球5G射频前端发展趋势和中国公司的应对之策》的报告显示，截至报告日，国内厂家在2G/3G市场占有率高达95%；在4G方面有30%的占有率，产品以中低端为主，销售额占比仅有10%。

目前我国半导体领域为中美 科技 等领域摩擦中的卡脖子方向，是中国 科技 崛起不可回避的环节，产业链高自主、高可控仍是未来的重点方向。第三代半导体相对硅基半导体偏低投入、较小差距有望得到重点支持，并具备弯道超车的可能。

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